مدلسازی عددی سه‌بعدی تونل‌های ژئوترمال و میزان انرژی دریافتی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 گروه ژئوتکنیک دانشکده مهندسی عمران دانشگاه تربیت مدرس تهران ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت مدرس

3 دانشجوی دکتری مهندسی ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

امروزه با گسترش تونل های قطار شهری، تامین گرمایش و سرمایش ایستگاه ها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. انرژی زمین گرمایی کم‌عمق، به‌عنوان یک انرژی تجدیدپذیر، توانسته‌ است به مقدار قابل‌توجهی به کاهش انرژی مورد نیاز برای تامین تهویه و گرمایش-سرمایش ایستگاه های قطار شهری کمک نماید.

میزان انرژی دریافتی از این سیستم نوین در ارزیابی اقتصادی طرح، اهمیت بسزایی دارد. از این رو این پژوهش سعی‌دارد با ارائه‌ی یک مدلسازی المان‌محدود، میزان انرژی دریافتی در تونل‌های مجهز به سیستم مبادله‌گر حرارتی را در روز مورد بررسی قرار‌دهد. پس از صحت‌سنجی مدلسازی صورت گرفته، اثر پارامترهای مختلف مدلسازی در دو حالت عایق و غیرعایق مورد بررسی قرارگرفت. در شرایط غیرعایق میزان توان انرژی خروجی، وابسته به شرایط حاکم بر فضای داخلی تونل می‌باشد. بر اساس نتایج بدست آمده، در هر دوی شرایط عایق و غیرعایق، تحت تاثیر عملیات مستمر استخراج انرژی، با گذشت زمان توان انرژی خروجی کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

3D numerical modelling of geothermal tunnels and receivable energy

نویسندگان [English]

  • Mohammad Oliaei 1
  • Seyed Raef Sheikhahmadi 2
  • Mohammad Amir Kiani Fordoei 3
1 Geotechnical Div. Civil Eng. Dep.Tarbiat Modares University Tehran Iran
2 MSc Student of Geotechnical Engineering, Faculty of Civil Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 PhD Student of Geotechnical Engineering, Faculty of Civil Engineering, Tarbiat Modarres University
چکیده [English]

Nowadays, with development of subway tunnels, heating and cooling stations is playing an important role. Shallow geothermal energy as a renewable time-independent energy source has helped significantly to reduce energy consumption for supplying ventilation, heating, and cooling of subway stations. The amount of accessible energy from such modern system has great importance in their economic assessment. Hence, this research aims to perform and present a finite element modelling to evaluate the amount of exploited energy through ground heat exchangers (GHE) in tunnels. After validation of implemented modelling, the effect of various involved parameters in modelling was studied for a short-term operation of heat exchange. Additionally, the effect of lining isolation with respect to the inner environment of the tunnel was investigated. The results show that by increasing water velocity in the pipe, the total extracted power increased in both isolated and non-isolated conditions. The results could be classified into three main categories.

1. By increasing (a) the spacing between the pipe and inner environment of the tunnel in isolated case, (b) the inner temperature of the tunnel in non-isolated case, and (c) thermal conductivity of soil in both isolate and none-isolate cases, the total extracted power could be improved. The pipe diameter has a fascinating effect on the total extracted power. Firstly, it reduced the amount of extracted power. But, in larger diameters, due to capability of discharging more water, the amount of extracted power will be increased.

2. By increasing (a) the spacing between the pipe and inner environment of the tunnel in non-isolated condition and (b) pipe thickness in both non-isolated and isolated conditions, the total extracted power will be decreased.

3. By increasing the specific heat capacity, density, and porosity of the soil, the total extracted power slightly changes. Indeed, these parameters have a negligible effect on extracted power.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Subway Tunnels
  • Shallow Geothermal Energy
  • Finite Element Modelling
  • Ground Heat Exchangers (GHE)
  • parametric study